Flugzeug: Forscher nutzen völlig neue Materialien – mit erstaunlichem Ergebnis
Im Rahmen des internationalen Forschungsprojekts „Clean Sky 2 – ACCLAIM“ haben Forschende Automatisierungslösungen entwickelt, mit denen Leichtbauteile in ein Flugzeug eingebaut werden können. Darüber hinaus gelang es ihnen, die ergonomischen Arbeitsbedingungen zu verbessern.
Forschende haben einen Roboter entwickelt, mit dem Leichtbauteile wie dieses Handgepäckfach in Flugzeuge eingebaut werden können.
Foto: Fraunhofer/Dr. Dirk Niermann
Es ist vollbracht: Ein großes Team war an dem internationalen Forschungsprojekt „Clean Sky 2 – ACCLAIM“ (Automated Cabin and Cargo Lining an Hatrack Installation Method) beteiligt. Das Ziel: eine Automatisierung, die Menschen die Arbeit erleichtert und Kosten spart. Die Leitung hatte das Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (IFAM). Beteiligt waren neben weiteren Universitäten und Forschungsinstituten unter anderem Unternehmen aus den Branchen IT, Robotik, Automation, Werkstoffherstellung, Chemieindustrie und Luftfahrt beteiligt. Gemeinsam standen sie vor der Herausforderung, die Prozessschritte so zu automatisieren, dass der Prozess insgesamt weniger Zeit in Anspruch nimmt und zugleich dessen Komplexität reduziert wird.
Konzentriert haben sich die Projektpartner auf die automatisierte Installation von neu entwickelten Seitenwänden, sogenannte Linings, und Handgepäckfächern, sogenannte Hatracks. Sie werden in Flugzeugkabinen und im Flugzeugladeraum eingesetzt. Am Fraunhofer IFAM entwickelte man dafür in Stade einen Demonstrator eines Flugzeugrumpfs im Maßstab 1:1 – inklusive dazu notwendiger Infrastruktur, wie Transportlift und Transportwege. Die Europäische Kommission hat das Projekt Clean Sky 2 – ACCLAIM über eine Laufzeit von fünf Jahre gefördert.
Zusammenarbeit Mensch und Maschine: mit Robotik und Sensorik realisiert
Da dieses Projekt viele einzelne Komponenten beinhaltete, gab es zusätzlich diverse Teilprojekte. So entwickelten Projektpartner leichte Bauteile, welche das Gewicht des Flugzeugs deutlich – um möglichst bis zu 500 Kilogramm – reduzieren sollte. Andere Partner übernahmen die automatisierte Installation der Bauteile, weitere die Qualitätskontrolle, welche mit fahrerlosen Transportfahrzeugen inklusive mit Sensorik ausgestatteter Leichtbaurobotik realisiert und virtuell überwacht wurde.
Robotik und Automation zurück auf Wachstumskurs
„Die Linings und Hatracks sollten automatisiert aufgenommen und dem Kabinen- und Cargobereich zugeführt werden. Zur Installation der Komponenten mussten wir diese anschließend durch enge Bereiche manövrieren und die Bauteile exakt positionieren und montieren“, erklärt Leander Brieskorn, Projektleiter am Fraunhofer Stade.
Zusammenarbeit Mensch und Maschine: mit Modell eines Flugzeugrumpfs
Der entwickelte Flugzeugrumpf-Demonstrator sollte einerseits die erforderliche Logistik und andererseits die Installationsabläufe möglichst realitätsnah abbilden. Deshalb wurde ein Kabinen- und ein Cargobereich sowie eine Zugangsplattform mit Transportwegen gebaut. Per Lift konnten die Bauteile in den entsprechenden Montagebereich gehoben werden. Er beförderte das fahrerlose Transportsystem inklusive Roboter und Bauteilen auf die passende Ebene. Orientierungsleisten für die visuelle Abstandssensorik säumen die Gänge auf der Plattform und sollen dem Roboter den Weg zu den Eingängen des Kabinen- beziehungsweise Cargobereichs weisen. Die Kommunikation zwischen Roboter und Lift sowie Roboter und Überwachungssystem ermögliche ein WLAN-System. Darüber hinaus können auch der Lift angefordert sowie einzelne Prozessabläufe bestätigt werden.
Den Forschenden gelang es, sowohl für die Seitenwände als auch die Handgepäckfächer leichtere und zugleich stabilere Strukturen und Bauweisen zu entwickeln. Sie statteten die Bauteile zudem mit Halterungen aus, die automatisierungsgerecht sind. Das bedeutet: Sie können mit deren Hilfe von selbst an den dazu passenden Gegenhaltern in der Flugzeugstruktur einrasten. Diese Veränderungen sollen im Bereich der Innenausstattung eines Flugzeugs bis zu 500 Kilogramm Gewicht einsparen. Als nächstes sind diverse Qualifizierungsschritte für die Bauteile geplant.
Von der Zusammenarbeit Mensch und Maschine profitiert der Mensch
Zu dem eigens für das Forschungsprojekt entwickelten fahrerlosen Transportsystem gehören ein Roboter und ein Greifer. Damit wollten die Forschenden eine autonome Logistik der Bauteile mittels Wegesensorik erreichen. Sobald ein Bauteil am entsprechenden Ort angekommen ist, ermittelt ein Kamerasystem die optimale Einbauposition und der Greifer installiert es dann. Sollte sich dieses Verfahren industriell einsetzen lassen, gehen die Forschenden von erheblichen Kosteneinsparungen aus und ersetzen damit vor allem Arbeitsschritte, die bisher von Menschen in ergonomisch kritischen Positionen erledigt werden mussten.
Eine ebenfalls extra für das Projekt entwickelte Virtual-Reality-Software (VR-Software) ermöglichte nicht nur vorab eine rasche Planung der Prozessschritte, sondern auch die gesamte Überwachung des Prozesses. Die Software zeige über ein Monitoringsystem immer den aktuellen Prozessschritt und die Position der Automatisierungseinheit an. Zum Abschluss erfolgten Ergonomie- und Machbarkeitsstudien bezüglich Zeit-, Kosten- und Gewichtseinsparung, um den effizienten Einsatz der entwickelten Systeme zu ermitteln. Alle Ergebnisse verglichen die Forschenden mit den Daten eines manuell durchgeführten Installationsprozesses dieser Bauteile. Das Ergebnis: Bedingt durch die Automatisierung stellten sie eine Effizienzsteigerung fest, darüber hinaus durch den Leichtbau und die optimierten ergonomischen Arbeitsbedingungen eine physische Entlastung der Menschen, die solche Bauteile einbauen. Dies gelang vor allem durch den Einsatz von Robotern und des VR-Systems. Nach Ansicht der Forschenden haben sie damit eine gelungene Zusammenarbeit von Mensch und Maschine entwickelt.
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